Расчет абсорбера

Задание

В насадочном абсорбере чистой водой поглощается целевой компонент из его смеси с воздухом при давлении П и температуре t. Расход газа (при нормальных условиях: 0°С, 760 мм.рт.ст.), начальное содержание компонента А в газе , степень извлечения А равна . Коэффициент избытка орошения , коэффициент смачивания . Задавшись коэффициентом массопередачи К определить диаметр и высоту абсорбера, гидравлическое сопротивление.

Таблица П1 – Исходные данные

Целевой компонент: ацетилен

П=1,2 МПа;

t = 10°С

=1000м³/с;

%;

=95%;

=1,6;

=0,9;

Кмоль/(м²·ч·Па)

Таблица П2 - Характеристики скрубберных насадок

Вид насадки кольца фосфорные;

Размеры элемента насадки, 8х8х1,5мм;

Число элементов в 1 м³ объема, заполненного насадкой 1465000;

Свободный объем, 0,64 м³/м³;

Удельная поверхность, 570м²/м³;

Масса 1м³ насадки, 600кг

Решение

Пересчитаем концентрации и нагрузки по фазам для получению нужной размерности стр. 23

,

где М_А, М_В – соответственно мольные массы поглощаемого компонента и инертного газа, кг/кмоль.

= 26кг/кмоль – молярная масса ацетилена;

=29 кг/кмоль – молярная масса воздуха;

кмоль ацетилена/кмоль воздуха,

Конечное содержание поглощаемого компонента в газовой фазе можно

определить с учетом степени поглощения по формуле:

кмоль паров ацетилена /кг воздуха.

где η – степень поглощения компонента.

2) Массу переходящего из газовой смеси в поглотитель компонента М

находят из уравнения материального баланса:

где L, G - расходы соответственно чистого поглотителя и инертной части газа, кмоль/с;

, - начальная и конечная концентрации поглощаемого компонента в жидком поглотителе, кмоль А/кмоль С;

. - начальная и конечная концентрации поглощаемого компонента в газе, кмоль А/кмоль В.

Конечная концентрация вещества в поглотителе Хк обусловливает его

расход, который, в свою очередь, влияет на размеры абсорбера и часть энергетических затрат, связанных с перекачиванием жидкости и ее регенерацией. Поэтому Хк выбирают, исходя из оптимального расхода поглотителя. В химических производствах расход абсорбента L принимают на 30 – 50% больше минимального Lmin . В этом случае конечную концентрацию Хк определяют из уравнения материального баланса, используя данные по равновесию (рисунок 1).

При выражении состава фаз в относительных мольных концентрациях уравнение равновесия можно записать в виде:

Следовательно, при выражении закона Генри в относительных концентрациях равновесие в системе газ–жидкость изображается также кривой линией. Однако для сильно разбавленных растворов (малые концентрации X газа в жидкости) можно принять (1 – т) X ≈ 0. Тогда знаменатель уравнения (23) обращается в единицу, и уравнение принимает вид:

Конечное равновесное содержание поглощаемого компонента в жидкости:

где m – коэффициент распределения;

где Е – коэффициент Генри для поглощаемого компонента в жидком поглотителе при температуре абсорбции (Приложение, таблица П4), МПа;

мм.рт.ст

Перевод 1мм.рт.ст 133,3 Па

Па=97,3МПа

П – абсолютное давление в аппарате, МПа.

В случае если на орошение подается чистый поглотитель, то принимают X_Н=0.

кмоль ацетилена/кмоль воды

Минимальный удельный расход поглотителя можно найти, используя условие пересечения рабочей линии с равновесной:

Удельный расход абсорбента с учетом коэффициента избытка орошения.

Конечное содержание поглощаемого компонента в жидкости, соответствующее оптимальному расходу абсорбента:

кмоль ацетилена/кмоль воды

Массовый расход инертной части газа

где – расход газовой смеси при нормальных условиях, м³/ч;

- плотность инертного газа (воздуха) при рабочих условиях, кг/м³.

где - плотность воздуха при нормальных условиях кг/м³, таблица П4

кг/ч

Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту, кмоль/ч:

кмоль/ч

Расход поглотителя, кмоль/ч:

кг/ч/3600=2кг/с

Пересчитываем расход газа по условиям в абсорбере:

кг/с.

Расчет движущей силы

Определяем движущую силу внизу аппарата:

кмоль ацетилена/кмоль воздуха,

Определяем движущую силу вверху аппарата:

кмоль ацетилена/кмоль воздуха,

Средняя движущая сила определится:

кмоль ацетилена/кмоль воздуха,

1 – равновесная линия; 2 – рабочая линия

Рисунок 1 – Зависимость между содержанием поглощаемого компонента в газовой смеси Y и абсорбенте – X

Расчет скорости газа и диаметра абсорбера

Кольца Рашига

Вид насадки кольца фосфорные;

Размеры элемента насадки, 8х8х1,5мм;

Свободный объем насадки a = 570

Удельная поверхность насадки

Насыпная плотность кг/

Согласно [2 с. 105] скорость газа определится по формуле:

где - плотность воды кг/ при 10ºС [2 с.537 т. XXXIX]

А = -0,022, В = 1,75 [1c. 195 табл. 5.1]

=1Па-с – динамическая вязкость воды при 10ºС [2 с.537 т. XXXIX]

м/с.

Фактическая скорость в аппарате

м/с

Диаметр аппарата будет равен:

м

Принимаем м

Уточнение скорости газовой смеси в аппарате:

Площадь поперечного сечения

[1c. 197]

Поверхность массопередачи

м² [1c. 201]

Определяем высоту насадки

м [1c. 201]

Общую высоту абсорбционной колонны определяют по уравнению:

H_к = Z · n + Z_в + Z_н,

где Ζ - высота насадки в одной секции, м;

n - число секций;

h_P - высота промежутков между секциями насадки, в которых устанавливают распределители жидкости, м;

Z_в и Z_н - соответственно высота сепарационного пространства над насадкой и расстояние между днищем колонны и насадкой, м.

Расстояние между днищем абсорбера и насадкой определяется необходимостью равномерного распределения газа по поперечному сечению колонны. Обычно это расстояние принимают равным 1-1,5d.

Расстояние от верха насадки до крышки абсорбера зависит от размеров распределительного устройства для орошения насадки и от высоты сепарационного пространства, в котором часто устанавливают каплеотбойные устройства для предотвращения брызгоуноса из колонны.

Значения Z_в =1000м и Z_н =2000м выбирают в соответствии с рекомендациями [5]:

H_к = 450 + 1000 + 2000 = 3450мм,

Определение гидравлического сопротивления сухой насадки:

Па

где– эффективный коэффициент трения;

- эквивалентный диаметр насадки.

м

Коэффициент сопротивления насадки

Определяем критерий Рейнольдса

Динамический коэффициент вязкости паров ацетона при 0 градусов

таблица П4

Постоянная Сатерленда С=198 таблица П4

Динамический коэффициент вязкости паров ацетона при t

[2. c.567 рис.6]

Динамический коэффициент вязкости воздуха при 0 градусов

таблица П4

Постоянная сатерленда С=124 таблица П4

Динамический коэффициент вязкости воздуха при t

[2. c.567 рис.6]

Динамический коэффициент вязкости смеси

[3c. 193]

Молекулярная масса газовой смеси

[3c. 193]

кг/кмоль

Кольца Рашига неупорядоченные

Скорость газа в свободном сечении насадки:

Гидравлическое сопротивление сухой насадки

Гидравлическое сопротивление насадочного абсорбера со смоченной насадкой , Па, можно рассчитать по формуле:

,

где -коэффициент стр. 32

U - плотности орошения (скорости жидкости)

[1c. 198]

Литература

1. РАСЧЕТ НАСАДОЧНОГО АБСОРБЕРА - http://www.engineer-oht.ru

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу ПАХТ: Учебное пособие для вузов/ Под редакцией чл-корр. АН СССР П.Г. Романкова. -9-е изд., перераб. и доп. -Л.: Химия, 1981. - 560с., ил.

3. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 1983-272с., ил.

10